南科大马俊在新型多沟道氮化镓电力电子器件领域取得进展
2021年08月03日 科研新闻 浏览量 :1597

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近日,南方科技大学电子与电气工程系助理教授马俊与瑞士洛桑联邦理工大学教授Elison Matioli、苏州晶湛半导体有限公司董事长程凯等团队合作,在Nature Electronics发表了题目为“Multi-channel nanowire devices for efficient power conversion”的研究论文,报道了基于多沟道技术和宽禁带半导体氮化镓(GaN)的新型纳米电力电子器件。该技术是电力电子领域和宽禁带半导体领域的重大进步,有望显著提升能量转换效率。

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图1. 多沟道器件的结构示意图和SEM图像。

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图2 多沟道对器件击穿电压的影响及斜向三维栅带来的击穿电压提升。

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图3新器件性能与现有技术的比较,显示了极大的性能提升。

半导体电力电子器件是电能转换的核心元件,其击穿电压和导通电阻分别决定了电能转换的功率等级和能量效率。传统电力电子器件的导通电阻越大,导致较高的损耗和碳排放。

该研究基于原创性的多沟道斜向三栅技术,开发了新型高效的GaN纳米线电力电子器件,可以大大降低器件的导通电阻。该技术融合了两项关键创新:第一项是在元件中建立几个并行导电通道以减小电阻,就像在高速公路上增加新车道一样,让交通更加顺畅;第二项创新涉及使用斜向三维栅结构,通过独特的斜向漏斗状结构使15纳米宽的线条能够承受超过1,200 V的电压而不被击穿。得益于这两项创新的结合——允许更多电子流动的多通道设计以及调控纳米线电场分布的斜向三栅结构——新型器件可以在大功率系统中提供更高的能量效率,综合性能是文献中最好的GaN电力电子器件的两倍。

马俊与来自瑞士洛桑联邦理工大学的Luca Nela和Erine Catherine为本文共同第一作者,通讯作者为Elison Matioli。本文由欧洲研究委员会、瑞士国家科学基金会、ECSEL联合执行体资助。

 

供稿:电子与电气工程系

通讯员:李佰英

主图:丘妍

编辑:朱增光


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